重磅发布！北京大学周永胜、汤富酬、乔杰合作对人胚胎骨髓间充质干细胞进行单细胞转录组和功能分析

3月31日，北京大学周永胜、汤富酬及乔杰在《Signal Transduction and Targeted Therapy》在线发表题为“Characterization of mesenchymal stem cells in human fetal bone marrow by single-cell transcriptomic and functional analysis”的研究论文。该研究报道了基于单细胞转录组分析的人胎儿BM有核细胞(BMNCs)的表达状况。出乎意料的是，虽然常用于分离MSCs的细胞表面标记如CD146、CD271和PDGFRa未被检测到，但LIFR+PDGFRB+被鉴定为MSCs作为早期祖细胞的特异性标记。

https://www.nature.com/articles/s41392-023-01338-2

研究背景

骨髓（BM）衍生的间充质基质/干细胞（MSCs）以非造血，塑料贴壁，集落形成细胞为特征，几十年前由Friedenstein及其同事首次鉴定。尽管它们存在极大的复杂性和异质性，但越来越多的证据支持MSCs表现出三系分化潜力的观点，并且代表了骨髓（BM）中造血干细胞（HSC）生态位的重要组成部分。许多研究通过使用转基因小鼠扩展了间充质干细胞的知识。然而，由于技术和材料的限制，人们对人类骨髓间充质细胞的细胞生物学知之甚少。此外，胚胎阶段间充质干细胞的发育也是一个未解决的问题。研究间充质干细胞的发展尤为重要，这反过来又可以帮助我们更好地了解间充质干细胞的生理功能。

MSC标记基因的鉴定对于体内分离和表征MSCs至关重要。Matsuzaki小组首先基于PDGFRa和Sca-1在成年小鼠骨髓的非造血和内皮区室中的表达鉴定MSCs。通过使用转基因小鼠模型，鉴定出具有MSC/骨骼干细胞（SSC）活性的Nestin，Leptin受体（LepR）和Grem1表达细胞，并且是骨髓中HSC生态位因子（如CXCL12和SCF）的主要来源。

相比之下，人类间充质干细胞早已通过使用单克隆抗体的流式细胞术分析进行鉴定。观察到来自人骨髓的CD146 MSCs富集CFU-Fs并能够产生造血骨髓。+8CD271是另一种被广泛接受的来自人骨髓的MSCs表面标志物，CFU-Fs在CD271CD146中都高度且排他性地富集+-/低和CD271CD146细胞。其他表面标志物包括CD105，CD73，CD90，CD49a，CD140b，MSCA-1，SSEA-4和STRO-1也用于单独或组合对人类MSC进行分类。尽管基于培养实验获得了大量关于人类间充质干细胞的信息，但这些细胞在体内的复杂性和生理特征仍然研究不足。

研究进展

间充质干细胞研究的一个基本问题是，人类间充质干细胞在体内的真实身份尚未得到明确定义。在过去的几十年中，使用基因工程小鼠在定义和表征小鼠骨髓间充质干细胞方面取得了相当大的进展。此外，scRNA-seq技术帮助我们获得了对鼠BM中异质群体的全球认可。然而，由于材料限制，人类胎儿BM的细胞普查仍然被低估。在这项研究中，对超过10，000个人类胚胎单个BMNC进行了scRNA-seq分析，我们的细胞分析和功能分析不仅为这个问题提供了明确的答案，而且拓宽了我们对单细胞分辨率下人类胎儿BMSCs的异质性，发育，微环境的理解。

本研究的机制和说明图片

关于基于MSC的骨组织工程的另一个关键问题是在使用前扩增细胞的必要性。在本研究中，基因表达谱表明新鲜MSCs和培养的MSC之间存在明显的差距。离体扩增后新鲜细胞的明确改变，以及MSCs体内生态位的证明，将是指导我们确定维持体内MSCs原始特征的最佳培养条件的重要提示。体外扩增可以保留MSCs的原始性状和祖细胞功能，对基于MSC的骨再生有很大帮助。我们还检查了人类胎儿BMNC的CFU-F活性。体外具有CFU-F活性和多谱系分化能力的基质细胞一般被鉴定为MSCs。然而，许多骨髓基质细胞在体外具有多谱系分化潜力和CFU-F活性的能力，但在体内移植时未能形成新的骨。另一方面，许多通常用于分选MSCs的表面标志物的表达模式在培养前后表现出较大的差异。两者进一步表明，MSC在体外的特性并不能完全表明体内功能。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41392-023-01338-2

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。